JPS63318058A - 中性ビ−ム形成方法 - Google Patents

中性ビ−ム形成方法

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JPS63318058A
JPS63318058A JP15328887A JP15328887A JPS63318058A JP S63318058 A JPS63318058 A JP S63318058A JP 15328887 A JP15328887 A JP 15328887A JP 15328887 A JP15328887 A JP 15328887A JP S63318058 A JPS63318058 A JP S63318058A
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JP
Japan
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gas
neutral
ion
plasma
ions
Prior art date
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Pending
Application number
JP15328887A
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English (en)
Inventor
Tatsumi Mizutani
水谷 巽
Keizo Suzuki
敬三 鈴木
Shigeru Nishimatsu
西松 茂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は中性ビーム形成方法に係り、特にエツチングや
デポジション等の表面処理技術において荷電粒子の入射
に伴う損傷を回避するのに使用される中性ビームを形成
する中性ビーム形成方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体集積回路等の電子装置の製造工程において
、微細なパターンをエツチング加工するために、グロー
放電プラズマを用いたプラズマエツチング法や、プラズ
マから引出したイオンビームを試料に照射するイオンビ
ームエツチング法が用いられている。また、同様な方法
が膜堆積をするためにも用いられており、プラズマCV
D法(Chemical Vapor Deposit
ion)やイオンビームデポジション法として周知であ
る。これらの方法では、イオンが持つ運動エネルギやプ
ラズマ中に生成される反応性の高いラジカルを用いて表
面での化学反応を促進させることを特徴としている。例
えば、ジャーナル オブ バギュアム サイエンス ア
ンド テクノロジー19 (1981年)第1390頁
〜1393頁(J、 Vac、Sci Technol
19  (1981)PP1390〜1393)に論じ
られているイオンビームアシストエツチング法では、反
応性ガスとイオンビームを同時に試料表面に供給して、
イオンの持つ運動エネルギにより、固体表面と反応性ガ
スとのエツチング反応を促進させている。イオンビーム
の効果は、このような反応促進のほかに、イオンビーム
の直進性を利用して方向性のあるエツチング加工ができ
る点にある。また、プラズマCVD法やイオンビームデ
ポジション法ではイオンエネルギは、堆積膜質の緻密化
などの膜質改善に効果がある。そのほか、表面酸化表面
窒化などにおいても適切なエネルギーのイオンビームを
表面に照射することによって、所望の厚さまで酸化や窒
化を行うことができる。
以上のようなプラズマやイオンを用いる表面処理方法で
は荷電粒子を用いるために、絶縁物表面に電荷が蓄積す
ることが多く、しばしば絶縁膜の耐圧が劣化する等の問
題が生じる。このため、荷電粒子が試料に入射しない表
面処理方法として、例えば、バキュアム34 (198
4年)第259頁から261頁(Vacuum34 (
1984) PP259−261)に論じられているよ
うに、サドルフィールド型イオン源によって発生する中
性粒子ビームを用いる方法がある。このイオン源では、
数K e V程度のエネルギーに加速された中性高速粒
子ビームが発生するが、ビーム照射による結晶欠陥の発
生を抑制するためには、より低エネルギー、例えば数1
00eV以下の中性ビームが望ましい。
このような低エネルギーの中性粒子ビームは、イオン源
から所望のエネルギーでイオンビームを引き出し、これ
をガス中の電荷交換反応で中性化することにより得られ
る。イオンが電荷交換反応で中性化される確率(反応断
面積)はイオンのエネルギー、イオンとガス分子の種類
等に依存するが、例えばイオン源としてカウフマン型イ
オン源を用いる場合、数100eVのエネルギのAr+
イオンを5 X 10”−’Torrの圧力のArガス
中を通過させると数10%のAr+イオンが中性化され
数100eVのArの中性ビームが形成される。カウフ
マン型イオン源では放電プラズマを生成するため、フィ
ラメントを用いており、例えばエツチング等の目的でハ
ロゲンを含むガスを用いる場合には、フィラメントの寿
命が問題となる。そのため、イオン源として、マイクロ
波による無極放電プラズマを発生させ、このプラズマか
らイオンビームを引出す方式を採用して、イオンビーム
の中性化を検討したところ、Ar+イオンの中性化が僅
かしか生じないことが判明した。すなわち、上記のカラ
マン型イオン源から引出したAr+イオンビームに比較
して、マイクロ波プラズマ源から引出したAr+イオン
ビームは、Arガス中での中性化の確率が小さいのであ
る。このため、得られるArの中性ビームの強度が小さ
く、エツチング等の表面処理を目的としたビームとして
はフラツクスが不足である。
本発明の目的は、マイクロ波プラズマを用いて十分大き
なフラックスの中性ビームを発生させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、Neガスのマイクロ波プラズマを発生させ
、このプラズマ源から所望のエネルギに加速して引出し
たNe+イオンをNeガス中を通過させて電荷交換反応
により中性化することにより達成される。前述の如く、
マイクロ波プラズマで形成したAr+イオンは、中性化
の確率が小さいが、Ne+イオンの場合には中性化の確
率が大きく、十分なフラックスのNe中性ビームが得ら
れることが、本発明者らの実験の結果見出された。
第1表に、Ne、Ar、Kr、Xsについて、得られた
中性粒子ビームフラックス密度を記した。
また、イオン源からイオンビームが引出されたあと、低
圧気体中を通過する際に電荷交換反応でイオンビームの
電流密度がイオンの飛程とともに減衰し、中性粒子ビー
ムのフラックス密度が増大する。従ってイオン電流密度
をイオン飛程に沿って測ることによって、電荷交換の反
応断面積を測定することができる。本発明で用いるマイ
クロ波プラズマを形成したN e+、 A r+、 K
 r十、X e+が各々同種のガス中を通過する際の電
荷交換の反応断面積は第2表に記した結果となった。第
2表から分るように、Ne+イオン中性化の断面積はエ
ネルギ300eVのとき2 X 10−”cxlである
が、A r+、 K r+、 X e+と重いイオンに
なるに従って、それぞれ4 X 10−IBcd、 I
 X 10−18cxl、 3X 10−17allと
小さな値になった。従って第1表のように、A r g
 K r ;−X eでは小さなフラックス密度の中性
ビームしか得られず、Neでは比較的大きなフラックス
密度2X1014個/d−8の中性ビームが得られる。
第  1  表 第  2  表 申)イオンエネルギが300eVのときの値〔作用〕 マイクロ波プラズマで形成したNe+イオンビームはN
eを含むガス中を通過する際にNe+イオン →N e
  + N e +なる電荷交換反応が生じて、数10
0eVに加速されたNe+イオンが中性のNeに転化し
、同じ数100eVの運動エネルギを持ったまま直進す
る。前述したように、このとき上記の反応が生じる確率
はArc、Xe÷等他のイオンに比較して大きく、Ne
の中性ビームは、十分な強度のものが得られる。先に記
したように、カウフマン型イオン源を使う場合には、A
r+イオンが十分大きな確率で中性化され、その中性化
の反応断面積は例えば、ジャーナル オブ ケミカル 
フィジックス 37(1962年)第2631頁から2
642頁(J、 ehem、Phys、37(1962
) PP 2631〜2642)に報告されている値と
ほぼ一致した。
しかし、前述したようにマイクロ波プラズマをイオン源
として用いるとA r+、 K r+、 X e十等重
い原子のイオンは電荷交換による中性化の確率が小さい
ことを本発明者らは見出した。この原因は明らかではな
いが、マイクロ波プラズマで生成したArc、Kr+な
どのイオンもしくは、これらのイオンが透過する背景ガ
スのArやKrが励起状態にあって対称電荷交換の断面
積が小さいためではないかと考えられる。Ne十の場合
に、電荷交換による中性化が高い確率で起きるのは、N
e+イオンおよび、Neの原子の励起エネルギーはAr
やKr等に比べて大きいため、大部分が基底状態にあっ
て対称電荷交換が生じ易いのではないかと考えられる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。イオ
ン源1内にガス供給管6を通じてNeガスを導入する。
導波管2に2.45GHz  のマイクロ波を供給して
、イオン源1内にプラズマを生成し、イオンビーム引出
し電極4,5に各々正。
負の電圧を印加して、所望のエネルギのイオンビームを
引出す。真空槽7は、ガス供給管6から供給されるNe
ガスが、3〜5 X 10−’Torrの圧力に保たれ
ている。Ne+イオンはこの中を通過するとき、その相
当部分が中性化される。こうして形成されたNr+イオ
ンと中性高速のNe原子からなるビームは、中性ビーム
通過電極8において、イオンの進入が阻止され、Neの
中性ビームのみが試料台10の上に配置された試料11
に到達する。以上と全く同様の方法でAr、Kr、Xe
等の中性ビームを生成した場合に比べて得られたNeの
中性ビームのフラックスは数倍ないし10倍であった。
以上のように、本発明はNeガスのマイクロ波プラズマ
を用いて、Neの中性高速ビームを形成することに特徴
があり、Ar、Kr。
Xs等他の原子の場合に比べて、高フラツクスの中性ビ
ームが得られるので、より効率的に表面処理を行うこと
ができる。第1図において、反応性ガス供給口9は、試
料表面に塩素、フッ素などハロゲンを含む反応性ガスを
供給するものであり、上記の中性ビームと反応性ガスを
同時に供給することにより、エツチング、クリーニング
などの表面処理を高速に行うことができる。反応性ガス
供給口9から供給するガスは、グロー放電、光照射など
の励起方法によって、解離あるいは励起されたものであ
ってもよい。本実施例で得られる、Neの高速原子を例
えばスパッタリングに用いる場合、Ar、Kr等のより
重い原子に比べ、スパッタ率はやや小さいが、その比率
は0.7〜0.8であり、十分大きな値である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高フラツクスの中性ビームが得られる
ので、高速の表面処理が可能である。
Arその他の中性ビームを生成する場合に比べて、Ne
の中性ビームは数倍〜10倍のフラックスが得られる。
本発明の方法では、マイクロ波放電を用いるので、10
−’Torr程度の低いガス圧力のもとでも、プラズマ
を発生させることができるので、低いガス圧力でも中性
ビームを得ることができる利点もある。
以上、本発明の説明では、Neの中性ビームを表面処理
に利用することについて述べたが、本発明の中性ビーム
は表面処理以外にも、中性粒子散乱分光、イオン散乱分
光などの表面分析にも応用することができる。このよう
な表面分析の場合には、本発明の方法を用いて、Heの
中性粒子を生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための装置構成例である。 1・・・イオン源、2・・・マイクロ波導波管、3・・
・放電管、4,5・・・イオンビーム引出し電極、6・
・・ガス供給口、7・・・真空槽、8・・・中性ビーム
透過電極、9・・・反応性ガス供給口、10・・・試料
台、11・・・試料。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、マイクロ波により励起したNeを含むガスのプラズ
    マからNe^+イオンビームを引き出し、該Ne^+イ
    オンビームをガス中を通過させることによりNeの中性
    ビームを形成することを特徴とする中性ビーム形成方法
JP15328887A 1987-06-22 1987-06-22 中性ビ−ム形成方法 Pending JPS63318058A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5518572A (en) * 1991-06-10 1996-05-21 Kawasaki Steel Corporation Plasma processing system and method
JP2008096239A (ja) * 2006-10-11 2008-04-24 Osaka Prefecture Univ 中性粒子ビーム発生装置
JP2009290026A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Tohoku Univ 中性粒子を用いた半導体装置の成膜方法

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JP4743229B2 (ja) * 2008-05-29 2011-08-10 国立大学法人東北大学 中性粒子を用いた半導体装置の成膜方法

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